Sel Surya

Sel Surya

Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuahwilayah-besar dimana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan  energi listrik yang berguna.

Sel surya terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap sel surya biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt. Sel surya merupakan elemen aktif ( Semikonduktor ) yang memanfaatkan efek fotovoltaik untuk merubah energi surya menjadi energi listrik.

Pada sel surya terdapat sambungan ( junction ) antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis “P” ( positif )  dan  semikonduktor  jenis  “N” ( negatif ).

Semikonduktor jenis-N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain ( umumnya posfor ) dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas.

Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis-N ( Negatif ). Semikonduktor jenis-P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain ( umumnya boron ) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang ( hole ). Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis-P ( Positif ).

Susunan sebuah solar cell, sama dengan sebuah dioda, terdiri dari dua lapisan yang dinamakan PN juction. PN junction itu diperoleh dengan jalan menodai sebatang bahan semikonduktor silikon murni ( valensinya 4 ) dengan impuriti yang bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang di sebelah kanan dinodai dengan impuriti bervalensi 5.

Berikut ini adalah struktur gambar dari pada sel surya :

Daya yang dihasilkan oleh sel surya dinyatakan dalam satuan Watt Peak (WP). Watt Peak adalah satuan ukur daya dari penyinaran sel surya. Besarnya tergantung pada ukuran dan jumlah sel fotovoltaik yang digunakan , contohnya ukuran acm x acm menghasilkan listrik DC sebesar X watt per hour/jam. Semisal Sel surya 50 WP artinya solar sel tersebut mempunyai 50 Watt Peak ( Pada Saat matahari terik ).Peak 1hari diasumsikan 4,5 jam . sehingga 50 x 4,5 = 225 watt/hari, itu kapasitas maksimal untuk pemakaian 1 hari.

2. KONSEP KERJA SEL SURYA

Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.  Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya.  Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.

Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron).

Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada  semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.

Ada beberapa perangkat yang digunakan untuk dapat memaksimalkan penggunaan sel surya diberbagai tempat dan diberbagai aplikasi , perangkat – perangkat tersebut diantaranya :

Charger Controller adalah alat yang berfungsi untuk mengatur dan menstabilkan arus dari sel surya dan Baterry dan Output.

  

Gambar diatas merupakan skema pemasangan dari solar charge controller, dimana solar panel sebagai inputan (sumber arus) solar charge controller yang mengatur pengisian dan juga penggunaan beban. dan juga lampu yang digunakan sebagai beban. 

Battery adalah alat yang berfungsi untuk menyimpan energi listrik dari solar sel , seperti yang diilustrasikan pada gambar dibawah ini.

Inverter adalah perangkat elektrika yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak balik (AC). Inverter mengkonversi DC dari panel surya / solar cell menjadi AC.

Berikut adalah gambar dari pengaplikasian sel surya dengan perangkat – perangkat yang disebutkan diatas :